詳解刻蝕清洗機的結構和工作原理

2020-11-22 OFweek維科網

三、清洗設備乾燥方式

通過去離子水清洗後， 需要在最短的時間裡把晶圓表面的水分去除， 而且去除後晶圓的外表不要有任何水痕， 否則會降低晶圓的良率。 半導體生產上常採用以下幾種乾燥方式：旋轉甩幹、熱氮氣烘乾、異丙醇慢提拉乾燥及 Marangoni乾燥。

a．旋轉甩幹

目前對晶圓的清洗以及脫水處理方式主要有旋轉衝洗、離心甩幹和氮氣烘乾三種工藝，該工藝主要用於在潔淨度上要求很高的晶圓的衝洗乾燥， 這種工藝雖然簡單， 但清洗甩幹效果好， 所以從發明帶現在的幾十年裡一直被廣泛使用。這種工藝的最重要的地方有以下幾點：一邊使晶圓轉動一邊清洗，然後快速旋轉而甩幹， 同時加入熱的氮氣促使晶圓烘乾流程， 該甩幹工藝原理見圖3。

▲ 圖3 旋轉衝洗甩幹機工作原理圖

b． 熱氮氣烘乾方式

熱氮氣烘乾槽採用了桶狀的加熱槽結構，氮氣通過在線加熱器加熱後從槽體頂部周邊噴淋下來，在槽體底部安裝有可以調節的排水以及排氣的結構。其工作原理見圖4。

▲ 圖4 熱N2 烘乾槽工作原理圖

c． IPA 慢提拉乾燥方式

其利用了水易於溶於IPA 溶液的特點，先要把晶圓放在異丙醇中使晶圓進行預脫水，預脫水後再將其放入裝有 IPA溶液的槽體底部， 該槽體底部帶有一個加熱裝置， 而且該加熱裝置是可控制的， 它可將液體的異丙醇加熱成熱的異丙醇蒸汽。 在槽體的上部安裝有冷凝管， 它可使揮發的異丙醇氣體冷卻成液體的異丙醇， 從而實現對異丙醇的循環利用； 並且在此槽體裡裝有緩慢上升的機械裝置，可將矽片緩慢提升到熱的IPA 蒸汽裡並使矽片乾燥。其工作原理如圖5所示。

▲ 圖5 IPA慢提拉乾燥原理圖

d． Marangoni dryers乾燥

該乾燥方式利用了矽片表面張力的梯度變化原理， 達到使晶圓乾燥的目的。 先用流動的去離子水在晶圓外表面產生很薄的一層水膜，之後再通入大量的異丙醇氣體把晶圓上的水層去掉，從而使矽片乾燥。這種工藝重中之重是要控制去離子水層和異丙醇氣體層在矽片表面移動的快慢。工作原理如圖6所示。 目前半導體工廠裡常用的移動速度是 1－－1．5mm／s，現在還有一種好的方法是增加去離子水兆省噴頭並且控制移動速度在0．3－－2．5mm／s．這種方式一般用於高端的單片腐蝕清洗上。

▲ 圖6 Marangoni dryers乾燥原理圖

目前， 由於清洗效率、 清洗工藝和操作工安全健康等因素的考慮， 半導體工廠裡越來越多的使用全自動清洗設備。這種系統將以上所提及的清洗技術有機的集成在一個封閉的機臺裡，利用自動機器手臂在各酸槽以及水槽和乾燥槽之間進行晶舟的傳遞並協助清洗以及乾燥等過程。 最近幾年來， 由於集成電路關鍵尺寸的不斷縮小和對矽片背面保護的需要，業界研發了一種用不同酸液一邊噴淋清洗旋轉著的矽片的單片清洗技術。因為清洗矽片往往需要多種酸鹼刻蝕液以及清洗液共同作用， 如果只使用單腔單層的清洗方式和清洗工藝， 那麼各種溶液就會相互融合而不能回收再使用， 從而增加了半導體生產工廠的使用成本， 後來的單片清洗機臺已升級為單腔多層的機臺類型。該腔體結構示意圖如圖7所示。

▲ 圖7 單腔多層腔體結構示意圖

有多種溶液在一個反應腔裡相繼進行腐蝕清洗工作。該設備裡配有承接晶片的承片臺， 它載著矽片變換不同的高度。 在不同高度處， 會有不同的溶液噴到正在旋轉的晶片表面，完成特定的功能後按不同的溶液回收到不同的回收區域，酸液即可被循環使用。

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